CN107083926B - 一种大型矿用钻机的进给*** - Google Patents

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    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
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Abstract

本发明公开了一种大型矿用钻机的进给***，进给***设置于塔架上，并可沿塔架上下运动，进给***的底部设置有主动链轮、马达和由马达驱动的减速齿轮，减速齿轮的输出端与主动链轮相连，顶部设置有被动链轮，主动链轮和被动链轮外啮合套设有链条，其中一条链条上固定设置有固定于塔架上的链条固定座，另一条链条上固定设置有推进设备，减速齿轮将马达的动力输出至主动链轮，并传输至被动链轮，从而带动整个进给***在塔架顶部和底部之间上下运动。本发明消除了推进***在自身推进力作用下的压杆稳定性问题，大幅提高了***的推进力上限以及***的功重比；塔架自身的稳定性极大地提高；大幅降低了***的成本，提高了***的稳定性和可维护性。

Description

一种大型矿用钻机的进给***
技术领域
本发明涉及一种进给***，特别涉及一种大型矿用钻机的进给***。
背景技术
大型矿用钻机常见于大型露天煤矿、铁矿等矿产地区，是一种在矿区表层产生钻进获得***孔/探测孔的专用设备，通常孔的深度达到数十米到数千米。此类设备中的进给***是其中的核心组件，其推进力的大小其决定着钻机的最大载荷和有效功重比(输出功率和***重量之比)。
目前国内外用于大型钻机的进给***主要是基于双作用式油缸推进式的进给***。该***由滑架总成、进给油缸、旋转齿轮箱和钢丝绳等组件构成。滑架总成由上、下两个滑轮组构成，分别与进给油缸筒的上、下两端相连。进给油缸为双作用式，油缸筒两端的活塞杆与一个公用活塞相连，该油缸通常长达10m以上。进给油缸活塞杆的两端固定在钻塔总成的顶部和底部附近。液压油冲向活塞的任意一侧时，油缸筒和上、下滑轮组沿着钻塔上下移动，使得***产生向下或者向上的推进力。高强度钢缆穿过上、下两个滑轮组通过钻塔总成中心附近的可调节定位点与回转头相连。滑架沿着钻塔上下移动时，回转头也会朝着相同的方向移动，但速度是滑架的两倍。由于利用了双作用式长行程油缸，导致该***造价昂贵、结构复杂。同时，由于该油缸两端分别固定在钻塔总成的底部和顶部，导致油缸和钻塔两者在油缸推进力的作用下产生压杆稳定性问题，从而限制了进给***的最大输出推进力。另外，由于矿山中的工作环境恶劣，导致油缸的活塞杆容易与外部碎石等产生撞击，进而导致密封被破坏以及产生液压***故障等问题。
发明内容
为了提高***的推进力上限、***的功重比以及***的稳定性和可维护性，降低塔架的重量和强度，简化设计和降低成本，本发明提供一种利用液压马达和减速箱来产生可变扭矩、由链轮和链条将扭矩转换为推进力、以及推进***在塔架中段安装的方式来组成全新的进给***。
本发明的技术方案如下：
一种大型矿用钻机的进给***，所述进给***设置于塔架上，并可沿塔架上下运动，所述进给***包括通过滑架连接的顶部和底部，所述底部设置有主动链轮，底部还设置有马达和由马达驱动的减速齿轮，减速齿轮的输出端与主动链轮的转轴相连，所述顶部设置有被动链轮，所述主动链轮和被动链轮外啮合套设有链条，形成一个环路，主动链轮和被动链轮之间的链条形成两条链条，其中一条链条上固定设置有固定于塔架上的链条固定座，另一条链条上固定设置有推进设备，减速齿轮将马达的动力输出至主动链轮，主动链轮的旋转运动通过链条传输至被动链轮，从而带动整个进给***在塔架顶部和底部之间上下运动，进而实现动力总成的上下运动。
作为本发明的进一步改进，所述主动链轮包括底部动力输出链轮和底部被动链轮，减速齿轮的输出端与底部动力输出链轮的转轴相连，所述被动链轮包括第一顶部被动链轮和第二顶部被动链轮，所述底部动力输出链轮、底部被动链轮、第一顶部被动链轮和第二顶部被动链轮外啮合套设有链条，其中，底部动力输出链轮和第二顶部被动链轮之间的链条上固定设置有固定于塔架上的链条固定座，底部被动链轮和第一顶部被动链轮之间的链条上固定设置有推进设备，减速齿轮将马达的动力输出至底部动力输出链轮，底部动力输出链轮的旋转运动通过链条传输至底部被动链轮、第一顶部被动链轮和第二顶部被动链轮。
作为本发明的进一步改进，所述塔架上设置有滑轨，所述滑架的上端和下端分别设置有导轨滑轮，所述导轨滑轮被限制在塔架的滑轨内滑动。
作为本发明的进一步改进，所述推进设备为包括动力头安装座、动力头液压马达、动力头齿轮箱的动力总成，所述动力头安装座的两端分别与链条固定相连，所述动力头液压马达和动力头齿轮箱固定设置于动力头安装座上，所述动力头齿轮箱的下部连接钻杆。
本发明的有益效果如下：
(1)由于利用了液压马达和减速箱来产生可调节扭矩、由链轮和链条将扭矩转换为推进力的方式，消除了推进***在自身推进力作用下的压杆稳定性问题，大幅提高了***的推进力上限以及***的功重比；
(2)由于采取了推进***在塔架中段安装方式，塔架自身的稳定性提高4倍甚至更高。意味着与传动推进***相比，在相同推进力的条件下，可降低塔架的重量和强度，可以达到简化设计和降低成本的作用；
(3)由于用于产生推进力的液压马达和齿轮箱均为标准产品，大幅降低了***的成本，提高了***的稳定性和可维护性。
附图说明
图1是本发明一种大型矿用钻机的进给***的使用状态结构示意图。
图2是图1中进给***顶部位置结构放大图。
图3是图1中进给***底部位置结构放大图。
图4是滑架和滑轨的配合结构立体图。
图5是滑架和滑轨的配合结构侧视图。
图6是本发明一种大型矿用钻机的进给***的总体结构示意图。
图7是图6中进给***的顶部结构示意图。
图8是图6中进给***的底部结构示意图。
图9是本发明的工作原理简图。
图10是本发明一种大型矿用钻机的进给***的总体设计思路流程图。
图中：1、塔架；2、进给***；3、滑轨；4、滑架；5、轨道滑轮；6、马达；7、链条固定座；8、链条；9、底部动力输出链轮；10、底部被动链轮；11、减速齿轮箱；12、第一顶部被动链轮；13、第二顶部被动链轮；14、动力头安装座；15、动力头液压马达；16、动力头齿轮箱；17、动力总成。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为包含塔架1和进给***2的总成结构示意图，图2和图3分别是图1中进给***顶部位置和底部位置的结构放大图。在钻机处于工作状况时，塔架总成处于垂直状态，当处于停机状态时，塔架总成处于水平状态。塔架1上焊接有滑轨3，对称安装共两个，进给***中的上下两侧共4个滑轮在塔架两侧的滑轨滑轨中移动，确保进给***只有沿着滑轨上下移动的平移自由度。滑架和滑轨的配合结构如图4和图5所示。
图6为进给***的总成结构示意图，图7为图6中顶部结构放大图，图8为图6中底部结构放大图。图8中的滑架4是焊接组件，进给***中的其它组件如链轮、动力总成、马达等均安装在滑架上；链轮，上下各4个，总共8个，通过链条8来传递动力；轨道滑轮5，在工作状态下，该轨道滑轮5在塔架1的滑轨3内滑动；马达6(优选为液压马达)为进给***推进力的动力来源；减速齿轮箱11起到减速增扭的作用，该齿轮箱为双输出结构，两端输出轴分别与底部动力输出链轮9通过花键轴安装连接；链条固定座7和底部动力输出链轮9之间的下链条，左右对称安装，共2根；链条固定座7，左右对称安装，共2个，该固定座通过焊接或螺栓连接方式安装至塔架1，与塔架1固定在一起。另外，该链条固定座7的上部与位于链条固定座7和第二顶部被动链轮13之间的上链条一端固结，该上链条的另外一端通过进给***2上部链轮换向后与动力头安装座14的上部固结在一起。链条固定座7的下部与位于链条固定座7和底部动力输出链轮9之间的下链条一端固结，所述下链轮的另外一端通过进给***2下部的链轮换向后与动力头安装座14的下部固结在一起，形成一个环路；动力头液压马达15用来提供进给***2的旋转动力；动力头齿轮箱16的下部连接钻杆。需要注意的是：链轮、轨道滑轮5、马达6、减速齿轮箱11固定安装在滑架4上。动力头安装座14、动力头液压马达15和动力头齿轮箱16为一个装配组件(称为动力头总成)，通过上链条和下链条连接安装到滑架4上，成为相对于滑架位置可变的组件。
本发明的工作原理如下：
通过液压马达6的动力输入，使得液压马达6产生旋转动力，该动力进入双输出减速齿轮箱11，动力经过减速增扭后输出至减速齿轮箱11输出两端的底部动力输出链轮9上，在该链轮的转动作用下链条8产生平移运动，由于链条固定座7固定在塔架1上，而进给***的滑架4由于轨道滑轮5的作用只存在一个平移自由度，从而通过链条8的拉动，使得滑架4相对于塔架1产生平移。另外，由于进给***本质上存在一个动滑轮组合，而动力头总成安装在链条回路中，使得动力头总成的实际运动速度为滑架运动的2倍。同时，考虑到链条固定座7安装在塔架1的中间位置，使得塔架1在推进力的作用下有更好的稳定性和更高的安全系数。
进给***的平面原理简图如图9所示，图中链条固定座7固定在塔架1上，底部动力输出链轮的转动方向决定着动力头的运动进给方向。
本发明可用于具有推进***的设备中，图9中动力总成17可以替换为其它各类推进设备。另外，链轮和链条的选择需要根据推进力的大小来选择，而链条固定座7的设计和塔架1的链接方式需要根据***推进力和整体重量来设计。底部液压马达6和减速齿轮箱11的选择需要根据***的最大可用推进力来计算得到。总体设计思路见图10。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型矿用钻机的进给***，其特征在于：所述进给***设置于塔架上，并可沿塔架上下运动，所述进给***包括通过滑架连接的顶部和底部，所述底部设置有主动链轮，底部还设置有马达和由马达驱动的减速齿轮，减速齿轮的输出端与主动链轮的转轴相连，所述顶部设置有被动链轮，所述主动链轮和被动链轮外啮合套设有链条，形成一个环路，主动链轮和被动链轮之间的链条形成两条链条，其中一条链条上固定设置有固定于塔架上的链条固定座，另一条链条上固定设置有推进设备，减速齿轮将马达的动力输出至主动链轮，主动链轮的旋转运动通过链条传输至被动链轮，从而带动整个进给***在塔架顶部和底部之间上下运动，进而实现动力总成的上下运动。
2.根据权利要求1所述的一种大型矿用钻机的进给***，其特征在于：所述主动链轮包括底部动力输出链轮和底部被动链轮，减速齿轮的输出端与底部动力输出链轮的转轴相连，所述被动链轮包括第一顶部被动链轮和第二顶部被动链轮，所述底部动力输出链轮、底部被动链轮、第一顶部被动链轮和第二顶部被动链轮外啮合套设有链条，其中，底部动力输出链轮和第二顶部被动链轮之间的链条上固定设置有固定于塔架上的链条固定座，底部被动链轮和第一顶部被动链轮之间的链条上固定设置有推进设备，减速齿轮将马达的动力输出至底部动力输出链轮，底部动力输出链轮的旋转运动通过链条传输至底部被动链轮、第一顶部被动链轮和第二顶部被动链轮。
3.根据权利要求1所述的一种大型矿用钻机的进给***，其特征在于：所述塔架上设置有滑轨，所述滑架的上端和下端分别设置有导轨滑轮，所述导轨滑轮被限制在塔架的滑轨内滑动。
4.根据权利要求1所述的一种大型矿用钻机的进给***，其特征在于：所述推进设备为包括动力头安装座、动力头液压马达、动力头齿轮箱的动力总成，所述动力头安装座的两端分别与链条固定相连，所述动力头液压马达和动力头齿轮箱固定设置于动力头安装座上，所述动力头齿轮箱的下部连接钻杆。
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